Научный взгляд: как хвойные деревья экономят энергию зимой

С наступлением праздничного сезона вечнозеленые хвойные деревья, украшают дома по всему миру. Рождественские хвойные деревья приносят в нашу жизнь тепло и радость, но в естественной среде обитания выдерживают одни из самых суровых условий на Земле.

Хвойные деревья обладают необычными стратегиями выживания в зимний период, некоторые из которых до недавнего времени были непонятны.

Ученые Центра растениеводства при Университете Умео раскрыли научные основы выживания хвойных деревьев во время суровой зимы.

Процесс фотосинтеза у большинства зеленых растений весьма консервативен; он функционирует в целом одинаково у зеленых водорослей, тюльпанов и краснокнижных деревьев. Однако есть и различия.

Исследование показало, что хвойные деревья изменяют структуру своих тилакоидных мембран, где происходит фотосинтез: фотосистема I (PSI) и фотосистема II (PSII), которые в остальное время остаются разделенными, зимой приближаются друг к другу и работают вместе особым способом, получившим название spill-over. Это помогает безопасно рассеивать лишнюю энергию и избегать повреждений от избытка солнечного света в холодное время года.

Ученые установили, что хвойные деревья используют специальные пути для перемещения электронов в процессе фотосинтеза.

Эти пути, известные как альтернативный поток электронов, включают белки-флаводиироны и помогают поддерживать процесс фотосинтеза в сбалансированном состоянии. Это также предотвращает перегрузку системы при избытке света и низких температурах.

Фотосинтетический аппарат хвойных отличается от аппарата цветковых растений еще по нескольким признакам. Например, у них отсутствуют некоторые так называемые светоулавливающие белки, которые есть у других растений.

Все это может объяснить, почему хвойные являются доминирующими видами в бореальных лесах.

Понимание изученных в ходе исследования механизмов может также способствовать сохранению лесов и прогнозированию их реакции на изменение климата, а в более отдаленной перспективе — помочь в разработке стратегий селекции сельскохозяйственных культур, устойчивых к экстремальным погодным условиям.

Данное исследование показывает сложную адаптацию хвойных деревьев к экстремальным зимним условиям. Объединяя структурные, молекулярные и эволюционные данные, исследование углубляет понимание того, как хвойные деревья стали доминировать в одних из самых суровых экосистем на Земле.

Изучение биологических особенностей лесных культур и поражающих их фитопатогенов изучают в отделе лесного карантина Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР»). Исследования и разработки, проводимые в отделе, применяют при мониторинге карантинных организмов леса и для сохранения биологического разнообразия.

Источник: Pushan Bag et al, Photosynthetic advantages of conifers in the boreal forest, Trends in Plant Science (2024). DOI: 10.1016/j.tplants.2024.10.018